CN104795554A - 抑制尖晶石钛酸锂产气的方法 - Google Patents

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徐宁
吴孟涛
赵明
宋英杰
伏萍萍
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Abstract

本发明公开一种抑制尖晶石钛酸锂产气的方法，包括如下步骤：1)将待改进的钛酸锂置于带有搅拌装置的化学气相沉积反应器内；2)抽去所述化学气相沉积反应器内的空气；3)通入反应气，所述反应气为TiCl4、含碳气体、氢气和隋性气体的混合气体；4)用微波对待改进的钛酸锂直接加热，得到产品。该方法反应时间短，能实现连续化生产，在钛酸锂表面包覆的碳化钛层均匀，厚度可控，将其产品应用于电池，对电池比容量和充放电无显著影响。

Description

抑制尖晶石钛酸锂产气的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种抑制尖晶石钛酸锂产气的方法。
背景技术
锂离子电池是一种能量密度高、功率密度高、寿命长的二次电池，在现代社会中扮演重要角色。在手机、笔记本电脑等小型设备中，锂离子电池应用极为广泛。同时，随着电动汽车、智能电网等产业的快速发展，锂离子动力电池的需求量急剧上升，对其性能要求日益提高。
应用于锂离子电池中的电极材料是其性能和成本的决定性因素。大量的研究和开发工作集中于正极材料方面，目前已经取得较大进展。而负极方面，相应的工作较少。目前大量使用的石墨、硬碳、中间相碳等碳材料具有较低的电势和较大的电化学比容量，已经成功商业化。更大容量的硅基和锡基材料的稳定性仍存在较大问题。另一方面，尖晶石锂钛复合氧化物(钛酸锂)电势(1.5Vvs.Li+/Li)虽然不足够低，电化学比容量(理论容量175mAh·g-1)也较常用的碳负极低，但其具有非常好的热力学和电化学稳定性。应用钛酸锂为负极材料的锂离子电池的安全性和可靠性较常规锂离子电池有很大优势。同时，在充放电过程中，其体积变化(<1％，石墨约10％，硅大于100％)非常小，被称为零应变材料，具有非常长的循环寿命。并且，其晶格内有允许锂离子传输的三维通道，锂离子在其中的迁移较为顺畅，材料的动力学特性优良。该材料非常应用于对功率特性和安全性要求高的场合。
然而，在实际应用中，钛酸锂与锂离子电池其他成分的相容性需要改进。最显著的问题是其与电解液作用会产生气体。这一方面会使电池产生容量降低、功率降低及寿命缩短等问题，另一方面还会带来安全隐患。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种抑制尖晶石钛酸锂产气的方法，该方法反应时间短，能实现连续化生产，在钛酸锂表面包覆的碳化钛层均匀，厚度可控，将其产品应用于电池，对电池比容量和充放电无显著影响。
为此，本发明的技术方案在于：
一种抑制尖晶石钛酸锂产气的方法，包括如下步骤：
1)将待改进的钛酸锂置于带有搅拌装置的化学气相沉积反应器内；
2)抽去所述化学气相沉积反应器内的空气；
3)通入反应气，所述反应气为TiCl4、含碳气体、氢气和隋性气体的混合气体；
4)用微波对待改进的钛酸锂直接加热，得到产品。
步骤3)中所述含碳气体为低碳烃；所述低碳烃为CH4或C2H4。
所述隋性气为Ar、He或N2。
步骤3)化学气相沉积反应器内反应器的总压强为0.005～0.1MPa。
该方法是通过在钛酸锂表面均匀包覆碳化钛层，使电解液与钛酸锂直接接触程度降低，抑制界面副反应，大幅度降低产气量，将这种方法得到的产品应用于电池，对电池比容量和充放电无显著影响。
附图说明
图1为利用本发明制得产品制得电池的首次放电和充电曲线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例1
将100g Li4Ti5O12置于化学气相沉积反应器中，抽去反应器中的空气，在搅拌下通入反应气。反应气组成为：0.6kPa TiCl4、1kPa CH4、5kPa H2、8kPa Ar。微波加热固体粉末至约1000℃，反应1min后得到产品。
实施例2
将1000g Li4Ti5O12置于化学气相沉积反应器中，抽去反应器中的空气，在搅拌下通入反应气。反应气组成为：5kPa TiCl4、4.5kPa C2H4、30kPa H2、40kPaHe。微波加热固体粉末至约1000℃，反应3min后得到产品。
实施例3
在连续生产的气相沉积设备中，保持Li4Ti5O12加入速率为1000g·min-1，调整反应气流速和抽气机抽速，使反应器内的气体压强保持在：TiCl45kPa、CH410kPa、H240kPa、N220kPa。微波加热区将反应器内的粉体加热至约1000℃，待加工粉体在微波加热区的有效停留时间为2.5min，输出得到产品。
实施例的效果如下：
表明利用本发明方法得到的钛酸锂材料产气量远远低于现有钛酸锂材料。

Claims (5)

1.一种抑制尖晶石钛酸锂产气的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将待改进的钛酸锂置于带有搅拌装置的化学气相沉积反应器内；
2)抽去所述化学气相沉积反应器内的空气；
3)通入反应气，所述反应气为TiCl4、含碳气体、氢气和隋性气体的混合气体；
4)用微波对待改进的钛酸锂直接加热，得到产品。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤3)中所述含碳气体为低碳烃。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于：所述低碳烃为CH4或C2H4。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述隋性气体为Ar、He或N2。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤3)化学气相沉积反应器内反应器的总压强为0.005～0.1MPa。
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